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Siehe auch: Kryolith, Bor, Gallium, Periodensystem der Elemente, Aluminiumfluorid, Aluminiumoxid 
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Aluminium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 13
Symbol Al
CAS-Nr. 7429-90-5
Atomgewicht 26.9815386 amu
Elektronenkonfiguration [Ne] 3s2 3p1
Schmelzpunkt 660.3 °C
Siedepunkt 2519 °C
Dichte 2.699 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
H.C. Oersted hat metallisches Aluminium erstmals 1825 durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit Kalium dargestellt. Allerdings wird die Entdeckung des Aluminiums allgemein F. Wöhler zugeschrieben, der Aluminiumchlorid ebenfalls mit Kalium reduzierte (1827). Die schmelzelektrolytische Darstellung von Aluminium gelang erstmals R.W. Bunsen und St. Claire-Deville im Jahr 1854. Aluminium hat seinen Namen von Alaun, das schon im Altertum bekannt war.
Vorkommen
Aluminium ist das dritt-häufigste Element der Erdkruste und kommt ausschließlich in Verbindungen vor (Oxide, Hydroxide, Silikate). Das wichtigste Mineral zur Herstellung von Aluminium ist Bauxit, das durch Verwitterung von Tonen entsteht und rund 40% Aluminiumoxid enthält.

Oberfläche eines geätzten hochreinen Aluminiums. Foto Wikimedia Commons, user Alchemist-hp.

Darstellung
Aluminium wird technisch durch Elektrolyse einer Lösungs von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith erzeugt (Hall-Héroult-Prozess). Da das für die Elektrolyse eingesetzte Aluminiumoxid sehr rein sein muss, ist eine umfangreiche Vorbehandlung des eingesetzten Bauxits notwendig (siehe Aluminiumoxid).

Für die Schmelzelektrolyse würde sich primär Aluminiumchlorid anbieten, das bereits bei 192°C (bei 1.7 bar Druck) schmilzt. Leider leitet AlCl3 nicht den elektrischen Strom, so dass man trotz des hohen Schmelzpunktes von Aluminiumoxid (2045°C) und den damit verbundenen zusätzlichen Energiekosten dieses zur Schmelzflusselektrolyse einsetzt.

Um den Schmelzpunkt von Al2O3 möglichst niedrig zu halten, wird es in künstlichem Kryolith gelöst (Schmelzpunkt des Eutektikums mit 10.5% Al2O3 ca. 960°C). Da die Dichte des geschmolzenen Aluminiums größer ist als die Aluminiumoxid-Kryolithlösung, sinkt das entstehende Aluminium zum Boden der Elektrolysewanne ab und wird dadurch vor der Rückoxidation mit Luftsauerstoff geschützt.

Die zur Elektrolyse eingesetzten Kohleelektroden werden durch Brennen einer Mischung von Koks und Steinkohlenteer bei 1200°C erzeugt. Das gewonnene Aluminium wird abgesaugt, die Schmelze wird jeweils mit frischem Aluminiumoxid versetzt, so dass insgesamt die Konzentration von Aluminiumoxid in der Schmelze konstant bleibt.

Bei der Elektrolyse werden Ströme von 30000 A bei 4-5 V Spannung eingesetzt. Der bei der Elektrolyse entstehende Sauerstoff reagiert mit den Kohleelektroden zu Kohlenmonoxid (und weiter zu Kohlendioxid), so dass formal die Gesamtreaktion einer Reduktion des Aluminiumoxids mit Kohlenstoff entspricht:

Al2O3 + 3 C 2 Al + 3 CO

Diese Reaktion ist stark endotherm, die dafür benötigte Energie wird durch den Elektrolysestrom zugeführt. Die Aluminiumgewinnung verbraucht sehr viel Strom, so dass Aluminium meist dort erzeugt wird, wo billiger Strom zur Verfügung steht. Für die Erzeugung von 1 t Aluminium werden ca. 4 t Bauxit, 500 bis 800 kg Anodenkohle, 4 kg Kryolith, 20 kg Aluminiumfluorid und 15000 kWh Strom verbraucht.
Eigenschaften
Reines Aluminium ist ein silber-weißes Leichtmetall, das sehr gut formbar ist. Es ist (bedingt durch eine schützende Oxidhaut) an der Luft beständig, reagiert aber beim Erhitzen mit allen Nichtmetallen, Säuren und Laugen. Fein verteiltes, reines Aluminium verbrennt an der Luft mit einem sehr hellen Licht.

Die schützende Oxidschicht kann künstlich massiv verstärkt werden, in dem man das Aluminium anodisch oxidiert ("Eloxal"). Dabei entsteht eine ca. 20 µm dicke, harte Aluminiumoxidschicht, die so dicht ist, dass eloxiertes Aluminium selbst gegen Säuren und Laugen stabil ist.

Verwendung
Aluminium hat ein sehr breites Anwendungsfeld, das von Legierungen für die Automobil- und Flugzeugindustrie bis hin zu Schweißpulver (Thermit) für Eisenbahnschienen reicht. Es ist das wichtigste Nicht-Eisenmetall, und wird aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit für Stromkabel eingesetzt (gegenüber Kupfer ist ein 1.5-facher Querschnitt notwendig, insgesamt sind solche Kabel aber um die Hälfe leichter als gleichwertige Kupferkabel).

Aluminium ist auch als Lebensmittelzusatzstoff (E173) zur Dekoration von Keksen und Kuchen und zur Färbung von Kosmetika und Arzneimittel erlaubt.


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Last Update: 2013-08-08